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Integrais com trigonométricas inversas

Integral de 1/√(1−x²): fórmula, passo a passo e exemplos

A integral de 1/√(1−x²) é arcsen x + C. Veja a substituição por seno, a versão 1/√(a²−x²), um gráfico, integrais definidas e exemplos.

Integrais com trigonométricas inversas Atualizado 2 min de leitura

Visão geral

\int \frac{1}{\sqrt{1-x^2}}\,dx = \arcsin x + C
Primitiva
\arcsin x + C
Forma geral
\displaystyle\int \frac{dx}{\sqrt{a^2-x^2}} = \arcsin\frac{x}{a} + C
Válida para
-1 < x < 1 (ou \lvert x\rvert < a)
Método
Substituição x = \sin\theta
De 0 a 1
\dfrac{\pi}{2} (uma integral imprópria que converge)
Nesta página
  1. Gráfico de 1/√(1−x²)
  2. Como integrar 1/√(1−x²) passo a passo
  3. Verificação por derivação
  4. Integrais definidas
  5. Exemplos resolvidos
  6. Erros comuns

A integral de \dfrac{1}{\sqrt{1-x^2}} é \arcsin x + C. Ela é o inverso da derivada de arcsen x e vale no intervalo -1 < x < 1, onde a raiz quadrada é real e diferente de zero.

\int \frac{1}{\sqrt{1-x^2}}\,dx = \arcsin x + C

Para qualquer constante a > 0:

\int \frac{1}{\sqrt{a^2-x^2}}\,dx = \arcsin\frac{x}{a} + C

Gráfico de 1/√(1−x²)

y = 1/√(1−x²) com a área de 0 a 1/2 sombreada
A área sombreada é \arcsin\frac{1}{2} - \arcsin 0 = \frac{\pi}{6} \approx 0.524. A curva dispara em x = \pm 1, mas a área total de -1 a 1 ainda é finita: \pi.

Como integrar 1/√(1−x²) passo a passo

A raiz de 1 - x^2 lembra a identidade pitagórica 1 - \sin^2\theta = \cos^2\theta, então substitua x = \sin\theta.

  1. Seja x = \sin\theta com -\frac{\pi}{2} < \theta < \frac{\pi}{2}. Então dx = \cos\theta\,d\theta.
  2. Simplifique a raiz. Nesse intervalo \cos\theta > 0, então \sqrt{1 - \sin^2\theta} = \cos\theta.
  3. Integre: \int \frac{\cos\theta\,d\theta}{\cos\theta} = \int 1\,d\theta = \theta + C
  4. Volte para x: \theta = \arcsin x.

Para \frac{1}{\sqrt{a^2-x^2}}, use x = a\sin\theta. Então dx = a\cos\theta\,d\theta e \sqrt{a^2 - a^2\sin^2\theta} = a\cos\theta. Os dois fatores a se cancelam, e é por isso que a resposta não tem \frac{1}{a} na frente. Esse é o primeiro caso de substituição trigonométrica.

Verificação por derivação

\frac{d}{dx}\arcsin\frac{x}{a} = \frac{1}{\sqrt{1 - \frac{x^2}{a^2}}}\cdot\frac{1}{a} = \frac{1}{\sqrt{a^2 - x^2}}

O passo usa a\sqrt{1 - \frac{x^2}{a^2}} = \sqrt{a^2 - x^2}, que vale porque a > 0.

Integrais definidas

Integral Valor
\int_0^{1/2} \frac{dx}{\sqrt{1-x^2}} \frac{\pi}{6}
\int_0^{\sqrt{2}/2} \frac{dx}{\sqrt{1-x^2}} \frac{\pi}{4}
\int_0^{1} \frac{dx}{\sqrt{1-x^2}} \frac{\pi}{2}
\int_{-1}^{1} \frac{dx}{\sqrt{1-x^2}} \pi

As duas últimas são integrais impróprias, já que o integrando é ilimitado em x = \pm 1. Mesmo assim convergem, porque a explosão é só da ordem de \frac{1}{\sqrt{1-x}}.

Exemplos resolvidos

Exemplo 1. \displaystyle\int \frac{dx}{\sqrt{9 - x^2}} = \arcsin\frac{x}{3} + C, usando a = 3.

Exemplo 2: um coeficiente em x². \displaystyle\int \frac{dx}{\sqrt{1 - 4x^2}}. Seja u = 2x, du = 2\,dx:

\frac{1}{2}\int \frac{du}{\sqrt{1-u^2}} = \frac{1}{2}\arcsin(2x) + C

Exemplo 3: complete o quadrado. \displaystyle\int \frac{dx}{\sqrt{4x - x^2}}. Escreva 4x - x^2 = 4 - (x - 2)^2 e use a = 2 e u = x - 2:

\int \frac{dx}{\sqrt{4 - (x-2)^2}} = \arcsin\frac{x-2}{2} + C

Exemplo 4: uma integral definida. \displaystyle\int_0^{3} \frac{dx}{\sqrt{36 - x^2}} = \arcsin\frac{3}{6} - \arcsin 0 = \frac{\pi}{6}.

Erros comuns

  1. Acrescentar um \frac{1}{a}. Ele pertence à fórmula da arctg, \int \frac{dx}{a^2+x^2} = \frac{1}{a}\arctan\frac{x}{a}. A fórmula do arcsen não tem. Compare com a integral de 1/(1+x²).
  2. Partir para o arcsen quando há um x no numerador. \int \frac{x}{\sqrt{1-x^2}}\,dx é uma substituição simples, com resposta -\sqrt{1-x^2} + C.
  3. Confundir \frac{1}{\sqrt{1-x^2}} com \sqrt{1-x^2}. A raiz sozinha tem uma integral mais longa; veja a integral de √(1−x²).
  4. Usar a fórmula fora de \lvert x\rvert < a. Para \lvert x\rvert > a a raiz não é real. Integrais como \int \frac{dx}{\sqrt{x^2-1}} dão \ln\lvert x + \sqrt{x^2-1}\rvert.

Para integrar a própria função arco seno, veja a integral de arcsen x. A página do arco seno trata de seu domínio e gráfico.

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Perguntas frequentes

Qual é a integral de 1/√(1−x²)?

É \arcsin x + C, também escrita \sin^{-1} x + C.

Qual é a integral de 1/√(a²−x²)?

É \arcsin\left(\frac{x}{a}\right) + C para a > 0. Por exemplo, \int \frac{dx}{\sqrt{4-x^2}} = \arcsin\frac{x}{2} + C.

A integral de 1/√(1−x²) é arcsen x ou −arccos x?

As duas estão corretas. Elas diferem pela constante \frac{\pi}{2}, e uma primitiva só é definida a menos de uma constante. A maioria dos livros escreve \arcsin x.

Qual é a integral de x/√(1−x²)?

É -\sqrt{1-x^2} + C. Faça u = 1 - x^2, du = -2x\,dx, e a integral vira -\frac{1}{2}\int u^{-1/2}\,du = -\sqrt{u} + C.

Escrito pela equipe do PracticeCalculus

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